無人化天車系統(tǒng)配套模擬的研發(fā)

盧武陽 安樂新

摘 要：無人化天車迅速發(fā)展，項(xiàng)目周期縮短，對(duì)無人化天車系統(tǒng)提出了更高的要求，開發(fā)出一套模擬系統(tǒng)可大幅縮短現(xiàn)場調(diào)試時(shí)間，通過分析天車系統(tǒng)的支撐數(shù)據(jù)，將模擬系統(tǒng)進(jìn)行模塊劃分，分析各個(gè)模塊的特點(diǎn)與交互方式，設(shè)計(jì)出相應(yīng)功能，開發(fā)出對(duì)應(yīng)的模擬程序，最后進(jìn)行項(xiàng)目對(duì)比，查看配套模擬研發(fā)的必要性。

關(guān)鍵詞：無人化;天車;MES;模擬

中圖分類號(hào)：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2021.02.039

本文著錄格式：盧武陽，安樂新.無人化天車系統(tǒng)配套模擬的研發(fā)[J].軟件，2021，42（02）：126-128

Development of Simulation System for Unmanned Crane

LU Wuyang， AN Lexin

（Tangshan Iron and Steel Group Co.， Ltd.， Tangshan? Hebei? 063000）

【Abstract】：With the rapid development of the unmanned crane and the shortening of the project cycle， the unmanned crane system has higher requirements. The development of a simulation system can greatly shorten the debugging time. By analyzing the supporting data of the crane system， the simulation system is divided into modules， the characteristics and interaction modes of each module are analyzed， the corresponding functions are designed， and the corresponding simulation program is developed Finally， the paper compares the projects to see the necessity of supporting simulation research and development.

【Key words】：unmanned;crane;MES;simulation

0引言

隨著智能制造、無人化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，用人成本的不斷提升，無人化天車及智能庫管系統(tǒng)在工廠中的作用日益凸顯，已經(jīng)成為日常生產(chǎn)中不可或缺的角色。各種庫區(qū)的無人化改造如雨后春筍一般增多，對(duì)于無人化天車系統(tǒng)的開發(fā)也提出了更高的要求，如何保證開發(fā)程序的適應(yīng)性和穩(wěn)定性是項(xiàng)目快速完結(jié)的關(guān)鍵性因素之一。

由于現(xiàn)在調(diào)試環(huán)境復(fù)雜，經(jīng)常調(diào)試中期開始生產(chǎn)與調(diào)試并行，調(diào)試時(shí)間無法得到保證，為此要在進(jìn)入現(xiàn)場前完成程序的大部分測試工作，以縮短現(xiàn)場調(diào)試的時(shí)間，進(jìn)而確保項(xiàng)目能在規(guī)定工期內(nèi)完成，因此對(duì)無人天車系統(tǒng)配套模擬的開發(fā)顯得格外重要。

1 模擬系統(tǒng)的架構(gòu)

無人化天車二級(jí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐較多，而數(shù)據(jù)支撐均來自于接口，因此建立與系統(tǒng)相匹配的模擬系統(tǒng)可以從接口著手。數(shù)據(jù)來源按接口形式劃分，主要分為內(nèi)部接口和外部接口兩大部分。

內(nèi)部接口較為簡單，只包括二級(jí)系統(tǒng)與天車一級(jí)PLC之間的接口，該類接口主要為天車主體的相關(guān)信息。外部接口多種多樣，與不同系統(tǒng)間的接口一般格式不一，接口通訊方式不同，必須分開進(jìn)行考慮，但主要包含與MES系統(tǒng)、物流管理系統(tǒng)、產(chǎn)線一級(jí)系統(tǒng)、產(chǎn)線二級(jí)系統(tǒng)、車輛識(shí)別系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、地面系統(tǒng)及其它相關(guān)系統(tǒng)。其中MES系統(tǒng)和物流管理系統(tǒng)在不同的工廠中應(yīng)用不同，部分工廠中的物流管理統(tǒng)一劃分到MES系統(tǒng)，因此這兩個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)一按MES系統(tǒng)進(jìn)行模擬，產(chǎn)線的一級(jí)、二級(jí)接口也同樣合并為產(chǎn)線系統(tǒng)進(jìn)行模擬，其它系統(tǒng)功能較為簡單，合并處理。

綜上所述可將模擬系統(tǒng)分為天車本體模擬、MES系統(tǒng)模擬、產(chǎn)線系統(tǒng)模擬、其它系統(tǒng)幾大部分。如圖1：

2 天車本體

無人天車本體是無人天車系統(tǒng)的核心，天車系統(tǒng)投入后，天車本體由一個(gè)主PLC進(jìn)行控制，PLC接收天車二級(jí)系統(tǒng)下發(fā)的運(yùn)行指令，按指令進(jìn)行模式切換、倒運(yùn)物料、移動(dòng)、暫停、急停等操作，具備安全監(jiān)測和主動(dòng)報(bào)警提示功能，并將報(bào)警返回到二級(jí)系統(tǒng)的可視化界面。

除此之外，天車本體運(yùn)行有兩大關(guān)鍵技術(shù)分別為防搖擺控制和障礙物規(guī)避，其中防搖擺控制對(duì)整體的效率和運(yùn)行邏輯影響較小，主要調(diào)試重點(diǎn)在傳動(dòng)和一級(jí)參數(shù)調(diào)節(jié)，因此可忽略該部分功能模擬，但障礙物規(guī)避設(shè)計(jì)天車運(yùn)行效率和多天車協(xié)調(diào)控制邏輯，必須考慮入模擬系統(tǒng)，本體需根據(jù)接口傳輸?shù)囊苿?dòng)路線添加詳細(xì)的避讓路線模擬，以此測算庫區(qū)的天車運(yùn)行效率能否滿足下線、上線、發(fā)貨等作業(yè)計(jì)劃。該部分通訊數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包含天車運(yùn)行的實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)、運(yùn)行指令數(shù)據(jù)、指令運(yùn)行接口反饋數(shù)據(jù)，因此天車本體模擬可設(shè)計(jì)如下：

（1）與二級(jí)系統(tǒng)接口進(jìn)行連接，并接收工單信息、指令信息;

（2）控制天車按接收的信息準(zhǔn)確進(jìn)行動(dòng)作，更新天車數(shù)據(jù);

（3）工單信息存在避讓時(shí)，按對(duì)應(yīng)的避讓路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)更新;

（4）返回天車實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在要求時(shí)機(jī)返回對(duì)應(yīng)起吊和放吊完成數(shù)據(jù)。

天車本體模擬模塊流程如圖2：

另外本體模擬程序需要良好的適應(yīng)性，能適應(yīng)不同的類型的天車，例如夾具天車、電磁吊天車、抓斗天車等，為此在模擬中添加天車類型選項(xiàng)，對(duì)不同類型天車進(jìn)行對(duì)應(yīng)樣式的數(shù)據(jù)更新。除了適應(yīng)性，復(fù)制性也是要求之一，一個(gè)項(xiàng)目往往有多臺(tái)天車，批量生成多臺(tái)天車模擬程序可大大減少工作量。

3 MES系統(tǒng)

MES系統(tǒng)與無人化天車系統(tǒng)主要為物料信息的交互，MES系統(tǒng)負(fù)責(zé)將新產(chǎn)出的物料信息、物料信息變化發(fā)送到天車系統(tǒng)，供天車系統(tǒng)進(jìn)行物料追蹤和邏輯參考，而天車系統(tǒng)將物料位置變化數(shù)據(jù)返回MES，MES根據(jù)物料位置的變化對(duì)物料進(jìn)行入庫和出庫管理。

由于部分工廠MES包含物流管控系統(tǒng)，物流管理系統(tǒng)需將車輛配貨單傳輸?shù)教燔囅到y(tǒng)，作為無人天車自動(dòng)裝卸車的數(shù)據(jù)支撐，車輛完成裝卸作業(yè)后，因此MES系統(tǒng)的模擬主要包含以下功能：

（1）產(chǎn)出新的物料和物料信息，可對(duì)物料信息進(jìn)行變化;

（2）模擬新的車輛裝配單;

（3）將上述信息通過接口傳輸?shù)教燔囅到y(tǒng);

（4）接收天車發(fā)送的物料位置變化信息和車輛離開報(bào)文。

MES系統(tǒng)模擬流程如圖3：

其中物料信息必需包含物料編號(hào)、物料重量、物料尺寸、物料去向等必要信息即可，方便適應(yīng)不同的項(xiàng)目。如項(xiàng)目物料為可碼放型物料，如鋼卷、板坯、線材等，設(shè)置物料種類、品級(jí)、交貨單等屬性，智能庫管根據(jù)這些屬性分析物料的碼放策略，實(shí)現(xiàn)庫區(qū)利用效率的最大化。

4 產(chǎn)線系統(tǒng)

產(chǎn)線是物料進(jìn)出庫區(qū)的主要途徑之一，也是與無人化天車系統(tǒng)交互的關(guān)鍵性設(shè)備，產(chǎn)線系統(tǒng)模擬要求具備設(shè)備狀態(tài)模擬、設(shè)備連鎖模擬、物料跟蹤模擬、天車系統(tǒng)指令響應(yīng)能力模擬，從而保證與天車系統(tǒng)的順暢交互。但與產(chǎn)線設(shè)備的聯(lián)動(dòng)不僅要保證過程的流暢性，更要確保各種狀況下設(shè)備的安全性，這就要求產(chǎn)線模擬時(shí)考慮到產(chǎn)線設(shè)備的各種異常情況，以測試無人化天車系統(tǒng)的應(yīng)對(duì)策略是否正確。產(chǎn)線系統(tǒng)模擬的主要功能設(shè)計(jì)如下：

（1）設(shè)備移動(dòng)及對(duì)應(yīng)物料跟蹤模擬;

（2）接收天車系統(tǒng)指令并進(jìn)行對(duì)應(yīng)的設(shè)備連鎖;

（3）設(shè)備各種異常狀態(tài)模擬;

（4）將上述信息通過接口傳輸?shù)教燔囅到y(tǒng)。

對(duì)于卷庫、板坯庫、線材庫，該模擬能在開發(fā)階段起到關(guān)鍵性的作用。但對(duì)于松散類物料的無人庫區(qū)，如水渣、礦粉、廢鋼等，這些類型物料一般直接進(jìn)入庫區(qū)，做簡單的模擬物料入庫即可。

5 其它系統(tǒng)

除上訴模擬系統(tǒng)外，常見的外圍交互系統(tǒng)還有車輛識(shí)別系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、地面系統(tǒng)、過跨車系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)根據(jù)項(xiàng)目庫區(qū)情況不同來決定是否投入，但各個(gè)系統(tǒng)在不同項(xiàng)目中的應(yīng)用方式幾乎相同。

其中車輛識(shí)別系統(tǒng)接收天車系統(tǒng)發(fā)送車輛信息，對(duì)車輛進(jìn)行3D掃描后返回車輛及物料位置信息，天車系統(tǒng)根據(jù)位置信息進(jìn)行裝卸車作業(yè)，雖交互方式較為復(fù)雜，但接口形式明了，控制邏輯清晰，因此可將車輛識(shí)別系統(tǒng)模擬簡單化，直接讀取天車系統(tǒng)發(fā)送的車輛信息，再根據(jù)數(shù)據(jù)做對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)返回即可。門禁系統(tǒng)負(fù)責(zé)識(shí)別進(jìn)出口車號(hào)信息，地面系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)庫區(qū)安全門開啟狀態(tài)，此類系統(tǒng)接口簡單、數(shù)據(jù)單一，可直接做簡單模擬寫入相關(guān)數(shù)據(jù)接口表，省略接口程序模擬。

過跨車屬于天車系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備，過跨車配置獨(dú)立PLC系統(tǒng)用于接收指令，并按指令控制過跨車進(jìn)行過跨移動(dòng)，控制方式和接口方式都較為固定，模擬程序同樣按車輛識(shí)別模擬設(shè)計(jì)方式進(jìn)行開發(fā)，利用直接讀取指令，然后按指令返回對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。

6 總結(jié)

按上述設(shè)計(jì)開發(fā)出的模擬系統(tǒng)投入運(yùn)行后，已順利配套兩個(gè)無人化天車系統(tǒng)的開發(fā)工作，有模擬系統(tǒng)配套開發(fā)出的程序相對(duì)于之前的程序，程序具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性和適應(yīng)性，現(xiàn)場調(diào)試改動(dòng)量明顯減少，與各個(gè)系統(tǒng)之間交互穩(wěn)定性明顯提高，對(duì)比之前同類項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目平均縮短現(xiàn)場調(diào)試周期半個(gè)月左右。該結(jié)果表明該配套模擬系統(tǒng)的投入為無人化天車項(xiàng)目的調(diào)試提拱了很大便利，可進(jìn)行廣泛應(yīng)用。